淺析三維掃描技術在文物保護中的應用

【摘要】中國經歷五千年的歷史積淀，積累了豐富的燦爛文化，同時也給后人獻出了一份寶貴的文化遺產。現今，由于歷史變遷等各種因素，許多的文物建筑已經無法保存完整，展現在大眾眼前，對珍貴文物的保護工作亟需引起大眾關注。習近平總書記強調“像愛惜自己的生命一樣保護好城市歷史文化遺產”， 這也是國家賦予每個公民的歷史責任。如何及時采取有效措施、方法和技術，對文物風貌更好的進行保存，已經成為當代面臨的現實問題。

【關鍵詞】三維掃描技術；文物保護；優勢；應用

【中圖分類號】TP236 【文獻標識碼】A

引言

隨著三維掃描技術的發展，三維掃描設備的精度、運行速度和便捷程度都得到穩步提升，擴大了三維技術運用范圍，在文物保護方面也發揮了重要作用。我國歷史文化悠久，保存下來的文物就是其中一部分，文物與其它物品不一樣，它是不可再生的，出土之后難以保存。為了解決這一問題，采用三維掃描技術，建立起文物數字模型，開發文物模擬展示、文物修復保護和文物檢索等功能，實現利用三維掃描技術對文物進行保護[1]。

一、三維掃描技術在文物保護中的優勢

（一）單點采集轉為批量式采集

傳統的單點采集存在一定缺陷，運行過程中誤差比較大，使用時間長，容易受到外界干擾，這些缺陷往往容易造成掃描工作中的障礙，延緩工作進度，工作人員在對文物進行測量和繪畫時，一般需要先規劃好整個流程，這個過程又會出現傳統的測繪條件無法達到現代的測量繪畫需求，出現發展不平衡的現象，測繪中要想得出精確的數據，繼續沿用傳統測繪方式已經難以完成，后期工作中也需要不斷跟進準確的數據測繪，如果沒有獲取到準確的數據，測量就會出現偏差，會影響到正常的三維掃描，導致多種數據無法連貫銜接，相互融合，不能完整建立三維模型，進而影響文物工作的順利開展。文物中難以保存的是不可移動的建筑類，其測量依據傳統方式難以得出精確結論，引用三維掃描技術后，測繪時能夠實現批量式采集，能夠保證測量最終結果和所測對象高度一致。[2]

（二）實現了外業測量內業化

文物測繪工作過程中會涉及到需要室外研究，比如說大型建筑和雕塑等，這樣的工作需要投入大量人力物力，室內根本無法進行，因此，需要專業人員搭腳架、爬屋頂、上房梁，對專業人員的體力也是一項考驗，而且過程中會存在危險。同時在測量中極大可能會損害文物的完整性，給文物帶來傷害。此外，室外研究也要考慮到天氣因素，尤其是在西北地區，惡劣的風沙天氣可能會影響到測量數據的準確程度，利用三維掃描技術可以用達到毫米級的測量密度對文物進行測量，將測繪得出的數據保存到電腦當中，利用計算機軟件復原相同比例的物體原型，化繁為簡，把繁重的室外測繪工作縮小到室內進行，改善工作人員的工作環境，降低工作難度[3]。

二、三維掃描技術在文物保護中的誤區及問題

（一）忽視控制測量的作用

三維掃描儀掃描出被測物體的距離，獲取到被測物體坐標信息和反射信息，掃描中自身帶有的傳動裝置對物體進行自動掃描，全方位勘察，總結出所測物體的整體數據，這就是三維掃描技術中的點云數據。不管是哪一種掃描測量，都是為了獲取準確的點云數據，都需要對獲取到的數據進行全方位分析，多角度比較，保證最精準的狀態，依據整體到局部的測量原則，限制測量中出現的誤差，在點云連接過程中，更是要注意拼接數量保持在一個水平，自由拼接時注意拼接數目，避免由于拼接過量導致點云數據不準確，點云精度下降，實際操作中這一問題沒有引起人們的關注。

（二）實際精度與標示精度存在差異

實際測量過程中，掃描文物的幾何和紋理，以數字形式儲存或構建三維模型，具有速度快、精度高等特點，廣泛運用于文物保護項目中。但三維掃描技術也不是能夠面面俱到的，有時候也無法準確測量物體的外形輪廓，當今科技水平越來越發達，一個普通地面三維掃描儀器的精度可以達到2-3毫米，而且還能根據距離的增大而相應的比例增大，但是如果不能視情況而定，一旦出現其也有無法測量到的目標，比如說一般使用的激光對圓弧邊緣地方，測量精度就會比其他平整地方呈現模糊下降趨勢，外在呈現出密度逐漸縮小、邊緣缺失化等現象。例如中國古代建筑中常用的琉璃磚瓦，利用三維掃描技術掃描的成果不佳，甚至有時候會出現無法掃描的情況。[4]

三、三維掃描技術在文物保護中的應用

三維掃描技術源于國外，因此許多發達國家對這項技術的研究更為深入，文物保護領域的應用更為廣泛，國外知名項目有2003年的美國數字化米開朗基羅項目，是由斯坦福和華盛頓大學選取10座著名雕像作為研究對象，對大衛雕像模型掃描后獲取了兩億個面片和7000多張照片，研究人員在結合高分辨率照片進行三維建模過程中，分析了雕像外部輪廓線條，實現了文物數字化目的。近年來國內許多文物保護單位也在研究文物數字化項目，利用三維掃描技術先后在北京故宮博物館和秦始皇兵馬俑博物館開始試驗，效果顯著。國家在文物保護力度上逐漸加大，利用掃描技術應用到文物保護中的范圍也越來越廣泛，為我國古建筑文物實現數字化保護提供了參考依據。

（一）建立網絡資料檔案

運用三維掃描技術對文物進行掃描測量，能夠為文物研究者建立準確的檔案資料，供其使用，三維掃描技術可以將掃描后的結果整理成數據，然后利用網絡技術儲存起來，建立網絡資源管理系統，專門對其進行研究，可以定時定點對文物數據觀察測量，及時記錄變化情況，可以對比其中關于顏色特征、紋路走向等狀態變化，保證文物研究工作處于平穩狀態發展。工作人員在定時定點觀察中，對比出異常數據，發現修復關鍵及文物的保存狀態，及時采取措施，延長文物壽命。網絡數據庫的建立可以幫助廣大工作者能夠有一個無障礙交流的空間，促進文物研究者對文物直觀形象的了解，避免由于外部客觀時間空間限制，延誤對文物的全面研究。此外，還可以有選擇性的將網絡數據庫其中的內容發布到網上，形成類似于博物館一樣的網上服務平臺，借助網絡平臺將中國古代文物文化讓更多的人了解，并積極進行傳播，從而提升國家文化軟實力。[5]

（二）繪制二維線畫圖

二維線繪圖可以看作在文物保護工作中的基礎性語言，其原理就是利用外部簡單繪圖軟件，利用掃描軟件，以測繪數據作為參考依據來繪制圖形，比如說平面圖，立體圖或者剖面圖等。二維線繪圖的成功運用能夠幫助文物保護工作有序運行，促進文物測繪調查工作能夠順利進行，推動以后規章制度的制定、施工的設計、監測點制定等項目，由于二維線畫圖需要掌握對象準確的長寬高數據，三維掃描工程正好能夠為二維線畫圖提供這些數據，因此，這種高精度數據能夠幫助人們便于繪出完整的二維線圖，加強繪制圖的適切性和準確性。

（三）精細相片

實際中的一些文物在對其拍攝時，對顏色質地、整體結構等方面都具有較高水平，比如說油畫、浮雕、出土文物等，三維掃描技術對于這些要求都有一定的處理技巧，在顏色上采用還原度高的色彩搭配，材料結構使用高精度的納米技術合成，準確把握到物體的整體空間架構，制作出更為形象逼真的照片，利用點云生成技術，在攝影圖像中，避免傳統相機的模糊效果造成視覺誤差，此外，還具有相機的高分辨率，不易混淆的特點。利用三維掃描技術制作的相片，很大程度上幫助了研究者對文物的研究工作，同時還符合大眾的審美觀念，可以作為網絡博物館的展覽品出現在大眾視野當中。[6]

四、結語

文物是我國歷史時代的產物，包括了人類漫長的歷史時期中發生在政治、經濟、文化等方面的進展狀況，獻給后人一份完美而珍貴的文化禮物，在歷史演變發展中，由于地理環境、人為改造等因素，這些文物不斷受到侵蝕和破壞，為了保護這些文物，研究者發現了三維掃描技術。三維掃描技術在我國文物保護方面占有非常重要的地位，在未來還有很大發展空間，就現在來說，國內對于二維線繪圖上還尚未成熟，許多應用問題也需要解決，希望我國將來能夠在三維掃描技術上有所創新，更好的利用其保護文物，保護我國珍貴的文化遺產。

參考文獻：

[1]吳玉涵.三維掃描技術在文物保護中的應用[J].計算機技術與發展，2019（9）：174-175.

[2]劉圣敏.三維激光掃描技術在文物保護中的應用[J].工藝與技術，2019（33）：83-85.

[3]袁國平.三維激光掃描技術在文物保護中的應用[J].礦山測量，2018（5）：93-95.

[4]袁楠，高偉，侯聰毅.三維激光掃描技術在文物保護中的應用研究與進展[J].天津城建大學學報，2019（1）：66-68.

[5]方毛林.三維激光掃描技術在文物古跡保護中的應用研究[D].合肥：合肥工業大學，2017.

[6]武培軒.適于文物的三維掃描技術研究[D].咸陽：西北農林科技大學，2019.

作者簡介：倪書一（1982-），女，漢族，河北樂亭人，碩士，秦皇島市旅游和文化廣電局文物科，館員，研究方向：公共文化服務、圖書資料。